液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定紙質(zhì)食品接觸材料印刷紫外固化油墨中18種光引發(fā)劑的遷移量

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院,上海 201114)

光引發(fā)劑(PIs)是印刷紫外固化(UV)油墨配方的重要組成部分,是不可替代的成分,它的混合物被廣泛應(yīng)用于光聚物。在紫外光作用下,光引發(fā)劑分解為自由基,從而引發(fā)聚合反應(yīng)使墨水或清漆固化在襯底上。然而,在印刷過程中光引發(fā)劑并不總是完全被利用或除去,應(yīng)用于包裝材料外表面的低相對(duì)分子質(zhì)量的光引發(fā)劑遷移到食物中去的事件仍然存在[1]。光引發(fā)劑具有一定的毒性,不僅對(duì)皮膚有一定的刺激作用和接觸毒性,而且還有生殖毒性、遺傳毒性和致癌作用。光引發(fā)劑既容易揮發(fā)又容易遷移,半揮發(fā)性的光引發(fā)劑通過蒸汽間接污染食品,低相對(duì)分子質(zhì)量的光引發(fā)劑通過擴(kuò)散和蹭臟遷移直接污染食品,這會(huì)給被包裝食品帶來(lái)難聞的氣味,更會(huì)對(duì)人體健康造成潛在的危害[2]。

歐盟、中國(guó)等已經(jīng)陸續(xù)在相關(guān)的法律法規(guī)中去限制光引發(fā)劑的使用[3]。瑞士聯(lián)邦民政事務(wù)部率先于2005年發(fā)布了SR817.023.21法規(guī),經(jīng)過修訂,又在2016年12月發(fā)布了2016版本,分為A 和B 兩個(gè)部分。A 部分列出了可以使用在食品接觸材料中物質(zhì)的清單,這些物質(zhì)經(jīng)過瑞士當(dāng)局的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,在符合其特定遷移量要求下可以使用,沒有特定遷移量要求的物質(zhì),在符合其總遷移量低于10 mg·dm-2或60 mg·kg-1的要求下可以使用;B 部分列出了未經(jīng)官方科學(xué)評(píng)估的物質(zhì),其特定遷移量為不得檢出,檢出限為0.01 mg·kg-1。我國(guó)在GB 9685-2016《食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定油墨中2,4-二羥基二苯甲酮的特定遷移量(SML)為6 mg·kg-1。

食品接觸材料或食品中光引發(fā)劑的測(cè)定方法主要有液相色譜法[4-5]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[6-7]、氣相色譜-質(zhì)譜法[8-10]、超高效合相色譜法[11]、凝膠滲透色譜-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[12-13]。雖然這些方法可以篩查并定量分析印刷UV 油墨中的光引發(fā)劑[1],但在實(shí)際印刷UV 油墨的工藝中,常常需要多種光引發(fā)劑配合使用,因此急切需要一種快速、簡(jiǎn)單、高通量的分析方法去鑒定和定量分析涵蓋市面上盡可能多的印刷UV 油墨中光引發(fā)劑的遷移量,以降低或控制風(fēng)險(xiǎn),保證相關(guān)食品接觸材料的安全衛(wèi)生要求。

本工作利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)建立了紙質(zhì)食品接觸材料印刷UV 油墨中2-羥基-4-甲氧基苯甲酮(HMMP)、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮(Irgacure 907)、4-羥基二苯甲酮(4-HBP)、1-羥基環(huán)己基苯基酮(HCPK)、4-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDMAB)、苯甲酮(BP)、4-(二甲氨基)二苯甲酮(DMBP)、4,4-二甲基氨基苯甲酮(MK)、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)、4-甲基二苯甲酮(MBP)、2-羥基-4′-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮(HMBP)、2-乙基蒽醌(EA)、4,4′-雙(二乙氨基)苯甲酮(DEAB)、2-氯噻噸-9-酮(CTX)、4-苯甲酰基聯(lián)苯(PBZ)、2-異丙基噻噸酮(ITX)、1-氯-4-丙氧基硫雜蒽-9-酮(CPTX)、對(duì)二甲氨基苯甲酸異辛酯(EDB)等18種光引發(fā)劑遷移量的測(cè)定方法。本方法操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、準(zhǔn)確可靠,可為監(jiān)管部門實(shí)施產(chǎn)品監(jiān)控和生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提升提供可靠的技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1260-6460型液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜儀;0412-1 型離心機(jī);XW 80A 型渦旋混合器;Milli Q 型超純水儀;0.22μm 微孔濾膜。

18種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1 000 mg·L-1,分別稱取18 種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)品各10.00 mg,用甲醇溶解并定容于10 mL棕色容量瓶中,于4 ℃保存。

18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:3.0 mg·L-1,分別移取1 000 mg·L-1的18種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液適量,用甲醇稀釋于100 mL棕色容量瓶中,配制成30 mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,于4 ℃保存。再將30 mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用甲醇稀釋至3.0 mg·L-1,現(xiàn)配現(xiàn)用。

分別移取3組,每組均為3.0 mg·L-1的18種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.010,0.025,0.050,0.075,0.100,0.125 mL于6個(gè)10 mL 棕色容量瓶中,3組依次用相應(yīng)的水基食品模擬物[4%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酸溶液、50%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙醇溶液、95%乙醇溶液]作為溶劑稀釋并定容至刻度,混勻,得到3.0,7.5,15.0,22.5,30.0,37.5μg·L-1的水基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,經(jīng)0.22μm 微孔濾膜過濾,現(xiàn)配現(xiàn)用。

分別稱取3.00 g油基食品模擬物(橄欖油),置于6個(gè)15 mL離心管中,移取3.0 mg·L-1的18種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.010,0.025,0.050,0.075,0.100,0.125 mL加蓋密封,混勻,得到0.010,0.025,0.050,0.075,0.100,0.125 mg·kg-1的油基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。分別在6 個(gè)離心管中加入10 mL 乙腈,渦旋振蕩10 min,再以4 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min,立即移取乙腈層1 mL,經(jīng)0.22μm 微孔濾膜過濾,現(xiàn)配現(xiàn)用。

HMMP 標(biāo)準(zhǔn)品、HCPK 標(biāo)準(zhǔn)品、BP 標(biāo)準(zhǔn)品、MBP標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于99.0%;Irgacure 907標(biāo)準(zhǔn)品、4-HBP標(biāo)準(zhǔn)品、EDMAB 標(biāo)準(zhǔn)品、DMBP 標(biāo)準(zhǔn)品、MK 標(biāo)準(zhǔn)品、DMPA 標(biāo)準(zhǔn)品、HMBP標(biāo)準(zhǔn)品、EA標(biāo)準(zhǔn)品、DEAB標(biāo)準(zhǔn)品、CTX 標(biāo)準(zhǔn)品、PBZ 標(biāo)準(zhǔn)品、ITX 標(biāo)準(zhǔn)品、EDB 標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于98.0%;CPTX 標(biāo)準(zhǔn)品的純度大于97.0%;乙腈、甲醇、甲酸均為色譜純;乙酸、乙醇、橄欖油均為分析純;試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 ZORBAX Eclipse Plus-C18RRHD 色譜柱(2.1 mm×50 mm,1.8μm),柱溫25 ℃;流量0.3 mL·min-1;進(jìn)樣體積2μL。流動(dòng)相:A 為0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲酸溶液,B 為0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲酸乙腈溶液。梯度洗脫程序:0～4.0 min時(shí),B 為40%;4.0～10.0 min時(shí),B由40%升至95%;10.0～18.0 min時(shí),B 由95%降至40%。

2)質(zhì)譜條件 電噴霧離子源,正離子模式;多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式;干燥氣為氮?dú)?流量7 L·min-1;干燥氣溫度230 ℃;霧化器壓力1.38×105Pa;鞘氣溫度380 ℃,鞘氣流量11 L·min-1;噴嘴電壓1 000 V,毛細(xì)管電壓3 500 V;離子駐留時(shí)間15 ms。其余質(zhì)譜參數(shù)見表1,其中,“*”為定量離子。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 遷移試驗(yàn)

按照GB 5009.156-2016及GB 31604.1-2015中遷移試驗(yàn)要求,對(duì)樣品進(jìn)行遷移試驗(yàn)?？紤]到樣品的實(shí)際使用情況,采用遷移測(cè)試池法,取0.6 dm2樣品,將100 mL 食品模擬物注入遷移池,在130 ℃的烘箱中,遷移1 h。試驗(yàn)結(jié)束后,將食品模擬液冷卻至室溫并不得低于10 ℃待用。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3.2 食品模擬液的處理

水基食品模擬液的處理:移取1 mL 遷移試驗(yàn)后得到的水基食品模擬液經(jīng)0.22μm 微孔濾膜過濾后,按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

油基食品模擬液的處理:稱取3.00 g遷移試驗(yàn)后得到的油基食品模擬液置于離心管中,加入10 mL乙腈,渦旋振蕩10 min,以4 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min,立即移取乙腈層1 mL 經(jīng)0.22μm微孔濾膜過濾后,按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按儀器工作條件對(duì)18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定,18種光引發(fā)劑的提取離子色譜圖見圖1。

2.2 流動(dòng)相的選擇

基于光引發(fā)劑易溶于甲醇和乙腈,微溶于水的物理性質(zhì),選擇反相色譜常用的流動(dòng)相體系甲醇-水體系和乙腈-水體系進(jìn)行考察。鑒于質(zhì)譜在正離子模式下,甲酸可以使目標(biāo)物形成[M＋H]＋,有助于質(zhì)子離子化,進(jìn)一步提高分析靈敏度,試驗(yàn)選擇在流動(dòng)相中加入甲酸。相對(duì)于甲醇-水體系和0.1%甲酸溶液-乙腈體系作為流動(dòng)相,0.1%甲酸溶液-0.1%甲酸乙腈溶液作為流動(dòng)相時(shí),靈敏度更高,峰形尖銳,對(duì)稱性更好,分離度更優(yōu)。試驗(yàn)選擇流動(dòng)相為0.1%甲酸溶液-0.1%甲酸乙腈溶液。

2.3 質(zhì)譜條件的選擇

移取37.5μg·L-1的18種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液適量,采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行質(zhì)譜參數(shù)的考察。在電噴霧離子源正離子模式下進(jìn)行全掃描,可獲得理想的準(zhǔn)分子離子峰[M＋H]＋。以準(zhǔn)分子離子峰為母離子,調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)乃榱央妷?選擇響應(yīng)值高、干擾小的兩個(gè)碎片作為定性離子和定量離子對(duì),同時(shí)分別優(yōu)化各離子對(duì)的碰撞能量、毛細(xì)管電壓等參數(shù)。試驗(yàn)選擇的質(zhì)譜條件見1.2節(jié)。

2.4 油基食品模擬液提取劑的選擇

試驗(yàn)考察了油基食品模擬液的提取劑依次為甲醇、50%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲醇乙腈溶液、乙腈時(shí)對(duì)18種光引發(fā)劑(0.010 mg·kg-1)提取效果的影響,結(jié)果見圖2。

由圖2可知:乙腈對(duì)18種光引發(fā)劑的整體提取效果最好;50%甲醇乙腈溶液對(duì)18種光引發(fā)劑的整體提取效果次之;甲醇對(duì)18種光引發(fā)劑的整體提取效果最差,甲醇對(duì)HCPK 的提取效果較好,但對(duì)其他光引發(fā)劑的提取效果不佳。試驗(yàn)選擇油基食品模擬液的提取劑為乙腈。

2.5 油基食品模擬液提取時(shí)間以及提取體積的選擇

試驗(yàn)考察了油基食品模擬液的提取時(shí)間(5,10,15 min)和提取體積(4,8,10,12 mL)對(duì)18種光引發(fā)劑回收率的影響。采用18種光引發(fā)劑的平均回收率,用二次函數(shù)進(jìn)行最小二乘法的擬合得到模型,把提取時(shí)間記為x(min),把提取體積記為y(mL),回收率記為z,所得的二次模型為z＝-0.303 0＋0.117 6x＋0.109 0y-0.005 6x2-0.0044y2。二次模型的三維函數(shù)圖像見圖3。

圖1 18種光引發(fā)劑的提取離子色譜圖Fig.1 Ion extracted chromatograms of 18 photoinitiators

圖2 提取劑對(duì)18種光引發(fā)劑提取效果的影響Fig.2 Effect of extractant on extraction effect of 18 photoinitiators

圖3 二次模型的三維函數(shù)圖像Fig.3 Three dimensional function image of quadratic model

由圖3可知:由此模型得到理論最優(yōu)提取時(shí)間為10.517 min,最優(yōu)提取體積為10 mL。

在油基食品模擬液提取時(shí)間考察試驗(yàn)中,提取時(shí)間為10 min 時(shí),18 種光引發(fā)劑的回收率最好。

在油基食品模擬液提取體積考察試驗(yàn)中,提取體積為10 mL時(shí),18種光引發(fā)劑的回收率最好;提取體積大于10 mL時(shí),18種光引發(fā)劑的回收率不再提高,甚至略有下降。試驗(yàn)選擇油基食品模擬液的提取時(shí)間為10 min,提取體積為10 mL。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按儀器工作條件對(duì)水基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和油基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定,以18種光引發(fā)劑的質(zhì)量濃度或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)3 倍信噪比計(jì)算方法的檢出限(3S/N),根據(jù)10倍信噪比計(jì)算方法的測(cè)定下限(10S/N)。

食品模擬物為4%乙酸溶液、50%乙醇溶液、95%乙醇溶液、橄欖油時(shí)的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測(cè)定下限依次見表2、表3、表4和表5。

表2 食品模擬物為4%乙酸溶液時(shí)的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測(cè)定下限Tab.2 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was 4% (φ)acetic acid solution

表2 (續(xù))

表3 食品模擬物為50%乙醇溶液時(shí)的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測(cè)定下限Tab.3 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was 50% (φ)ethanol solution

表4 食品模擬物為95%乙醇溶液時(shí)的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測(cè)定下限Tab.4 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was 95% (φ)ethanol solution

表4 (續(xù))

表5 食品模擬物為橄欖油時(shí)的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測(cè)定下限Tab.5 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was olive oil

2.7 方法的精密度和回收試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)4%乙酸溶液、50%乙醇溶液、95%乙醇溶液和橄欖油(空白食品模擬物)進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),加標(biāo)量依次為30,135,225 ng,平行測(cè)定6次,計(jì)算回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。食品模擬物為4%乙酸溶液、50%乙醇溶液、95%乙醇溶液、橄欖油時(shí)的精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。

由表6、表7可知:食品模擬物為4%乙酸溶液時(shí),回收率為86.0%～114%,RSD 為0.80%～9.4%;食品模擬物為50%乙醇溶液時(shí),回收率為88.0%～113%,RSD 為0.30%～9.4%;食品模擬物為95%乙醇溶液時(shí),回收率為90.0%～110%,RSD為0.50%～8.1%;食品模擬物為橄欖油時(shí),回收率為87.0%～111%,RSD 為0.10%～9.4%。

表6 食品模擬物為4%乙酸溶液、50%乙醇溶液時(shí)的精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.6 Results of tests for precision and recovery when food simulant was 4% (φ)acetic acid solution or 50% (φ)ethanol solution(n＝6)%

表7 食品模擬物為95%乙醇溶液、橄欖油時(shí)的精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.7 Results of tests for precision and recovery when food simulant was 95% (φ)ethanol solution or olive oil(n＝6)%

表7 (續(xù))%

2.8 樣品分析

按試驗(yàn)方法對(duì)市場(chǎng)上烘焙用帶有印刷紫外固化油墨的瑪芬蛋糕紙膜樣品(1號(hào)～6號(hào))進(jìn)行分析,分別在4%乙酸溶液、95%乙醇溶液和橄欖油等3種食品模擬物中進(jìn)行18種光引發(fā)劑的遷移試驗(yàn)。結(jié)果表明:18種光引發(fā)劑在橄欖油中遷移量最高,在95%乙醇溶液中遷移量次之,在4%乙酸溶液中遷移量最少;3號(hào)樣品中18種光引發(fā)劑的遷移量均小于測(cè)定下限;其余樣品中MBP、Irgacure 907、DEAB均有不同程度檢出,4 個(gè)樣品中檢出0.02～0.4 mg·kg-1的 MBP,3 個(gè)樣品中均檢出0.03 mg·kg-1Irgacure 907;4 個(gè)樣品中檢出0.01～0.1 mg·kg-1DEAB。這些光引發(fā)劑在市場(chǎng)上有一定程度的存在,應(yīng)引起關(guān)注。

本工作采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定紙質(zhì)食品接觸材料印刷紫外固化油墨中18種光引發(fā)劑的遷移量。本方法具有精密度高等優(yōu)點(diǎn)。